面试题1

1.写出synchronized的使用方式


synchronized的三种应用方式

synchronized关键字最主要有以下3种应用方式,下面分别介绍

修饰实例方法,作用于当前实例加锁,进入同步代码前要获得当前实例的锁

修饰静态方法,作用于当前类对象加锁,进入同步代码前要获得当前类对象的锁

修饰代码块,指定加锁对象,对给定对象加锁,进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

Java 虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出管程(Monitor)对象实现, 无论是显式同步(有明确的 monitorenter 和 monitorexit 指令,即同步代码块)还是隐式同步都是如此。在 Java 语言中,同步用的最多的地方可能是被 synchronized 修饰的同步方法。

Java虚拟机对synchronized的优化

锁的状态总共有四种,无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争,锁可以从偏向锁升级到轻量级锁,再升级的重量级锁,但是锁的升级是单向的,也就是说只能从低到高升级,不会出现锁的降级,关于重量级锁,前面我们已详细分析过,下面我们将介绍偏向锁和轻量级锁以及JVM的其他优化手段,这里并不打算深入到每个锁的实现和转换过程更多地是阐述Java虚拟机所提供的每个锁的核心优化思想,毕竟涉及到具体过程比较繁琐,如需了解详细过程可以查阅《深入理解Java虚拟机原理》。

偏向锁

偏向锁是Java 6之后加入的新锁,它是一种针对加锁操作的优化手段,经过研究发现,在大多数情况下,锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,因此为了减少同一线程获取锁(会涉及到一些CAS操作,耗时)的代价而引入偏向锁。偏向锁的核心思想是,如果一个线程获得了锁,那么锁就进入偏向模式,此时Mark Word 的结构也变为偏向锁结构,当这个线程再次请求锁时,无需再做任何同步操作,即获取锁的过程,这样就省去了大量有关锁申请的操作,从而也就提供程序的性能。所以,对于没有锁竞争的场合,偏向锁有很好的优化效果,毕竟极有可能连续多次是同一个线程申请相同的锁。但是对于锁竞争比较激烈的场合,偏向锁就失效了,因为这样场合极有可能每次申请锁的线程都是不相同的,因此这种场合下不应该使用偏向锁,否则会得不偿失,需要注意的是,偏向锁失败后,并不会立即膨胀为重量级锁,而是先升级为轻量级锁。下面我们接着了解轻量级锁。

轻量级锁

倘若偏向锁失败,虚拟机并不会立即升级为重量级锁,它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(1.6之后加入的),此时Mark Word 的结构也变为轻量级锁的结构。轻量级锁能够提升程序性能的依据是“对绝大部分的锁,在整个同步周期内都不存在竞争”,注意这是经验数据。需要了解的是,轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的场合,如果存在同一时间访问同一锁的场合,就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。

自旋锁

轻量级锁失败后,虚拟机为了避免线程真实地在操作系统层面挂起,还会进行一项称为自旋锁的优化手段。这是基于在大多数情况下,线程持有锁的时间都不会太长,如果直接挂起操作系统层面的线程可能会得不偿失,毕竟操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态,这个状态之间的转换需要相对比较长的时间,时间成本相对较高,因此自旋锁会假设在不久将来,当前的线程可以获得锁,因此虚拟机会让当前想要获取锁的线程做几个空循环(这也是称为自旋的原因),一般不会太久,可能是50个循环或100循环,在经过若干次循环后,如果得到锁,就顺利进入临界区。如果还不能获得锁,那就会将线程在操作系统层面挂起,这就是自旋锁的优化方式,这种方式确实也是可以提升效率的。最后没办法也就只能升级为重量级锁了。


2.Java中设置最大堆和最小堆的参数是什么

-Xmx128m:设置JVM最大可用内存为128M。

      -Xms128m:设置JVM最小内存为128m。此值可以设置与-Xmx相同,以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

      -Xmn2g:设置年轻代大小为2G。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m,所以增大年轻代后,将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

      -Xss128k:设置每个线程的堆栈大小。 JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K。根据应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下,减小这个值能生成更 多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000左右。

3.volatile的作用

https://blog.csdn.net/roy_70/article/details/69524115

4.多个线程同时读写,读线程的数量远远对于写线程,你认为应该如何解决 并发的问题,你会加什么样的锁?

https://www.cnblogs.com/zzlp/p/5174745.html

5.java中的AQS是否了解,它是干嘛的呢?

http://www.360doc.com/content/14/0813/15/1073512_401561812.shtml

6. 除了synchronized关键字之外,你是这么来保障线程安全的?


7.什么时候需要加volatile关键字,它能保证线程安全吗?

https://blog.csdn.net/roy_70/article/details/69524115

8.mybaties怎么防止SQL注入

#{}是经过预编译的,是安全的${}是未经过预编译的,仅仅是取变量的值,是非安全的,存在SQL注入。

9.Hibernate的缓存机制

10.Hibernate的一级缓存: Session

11.Hibernate的二级缓存 : SessionFactory 

Hibernate的缓存包括Session的缓存和SessionFactory的缓存,其中SessionFactory的缓存又可以分为两类:内置缓存和外置缓存。Session的缓存是内置的,不能被卸载,也被称为Hibernate的第一级缓存。SessionFactory的内置缓存和Session的缓存在实现方式上比较相似,前者是SessionFactory对象的一些集合属性包含的数据,后者是指Session的一些集合属性包含的数据。SessionFactory的内置缓存中存放了映射元数据和预定义SQL语句,映射元数据是映射文件中数据的拷贝,而预定义SQL语句是在Hibernate初始化阶段根据映射元数据推导出来,SessionFactory的内置缓存是只读的,应用程序不能修改缓存中的映射元数据和预定义SQL语句,因此SessionFactory不需要进行内置缓存与映射文件的同步。SessionFactory的外置缓存是一个可配置的插件。在默认情况下,SessionFactory不会启用这个插件。外置缓存的数据是数据库数据的拷贝,外置缓存的介质可以是内存或者硬盘。SessionFactory的外置缓存也被称为Hibernate的第二级缓存。


12.什么的数据适合放到第二级缓存中

                                Hibernate二级缓存适用场景

1) 很少被后台修改的数据

2) 不是很重要的数据,允许出现偶尔并发的数据

3) 访问量大,不会被并发访问的数据,如个人资料

4) 参考数据,指的是供应用参考的常量数据,它的实例数目有限,它的实例会被许多其他类的实例引用,实例极少或者从来不会被修改。


2.不适合存放到第二级缓存的数据

1) 经常被后台修改的数据 ,这里指的是前台后台使用了不同的orm实现

2) 财务数据,绝对不允许出现并发

3) 与其他应用共享的数据。

4)访问量不大的数据



13.Mybatis和Hibernate的区别(优缺点)

Mybatis优势

MyBatis可以进行更为细致的SQL优化,可以减少查询字段。

MyBatis容易掌握,而Hibernate门槛较高。

Hibernate优势

Hibernate的DAO层开发比MyBatis简单,Mybatis需要维护SQL和结果映射。

Hibernate对对象的维护和缓存要比MyBatis好,对增删改查的对象的维护要方便。

Hibernate数据库移植性很好,MyBatis的数据库移植性不好,不同的数据库需要写不同SQL。

Hibernate有更好的二级缓存机制,可以使用第三方缓存。MyBatis本身提供的缓存机制不佳。


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使用Hibernate进行编程有以下好处:

    1,消除了代码的映射规则,它全部分离到了xml或者注解里面去配置。

    2,无需在管理数据库连接,它也配置到xml里面了。

    3,一个会话中不需要操作多个对象,只需要操作Session对象。

    4,关闭资源只需要关闭一个Session便可。

    这就是Hibernate的优势,在配置了映射文件和数据库连接文件后,Hibernate就可以通过Session操作,非常容易,消除了jdbc带来的大量代码,大大提高了编程的简易性和可读性。Hibernate还提供了级联,缓存,映射,一对多等功能。Hibernate是全表映射,通过HQL去操作pojo进而操作数据库的数据。


    Hibernate的缺点:

    1,全表映射带来的不便,比如更新时需要发送所有的字段。

    2,无法根据不同的条件组装不同的SQL。

    3,对多表关联和复杂的sql查询支持较差,需要自己写sql,返回后,需要自己将数据封装为pojo。

    4,不能有效的支持存储过程。

    5,虽然有HQL,但是性能较差,大型互联网系统往往需要优化sql,而hibernate做不到。


Mybatis:

    为了解决Hibernate的不足,Mybatis出现了,Mybatis是半自动的框架。之所以称它为半自动,是因为它需要手工匹配提供POJO,sql和映射关系,而全表映射的Hibernate只需要提供pojo和映射关系即可。

   Mybatis需要提供的映射文件包含了一下三个部分:sql,映射规则,pojo。在Mybatis里面你需要自己编写sql,虽然比Hibernate配置多,但是Mybatis可以配置动态sql,解决了hibernate表名根据时间变化,不同条件下列不一样的问题,同时你也可以对sql进行优化,通过配置决定你的sql映射规则,也能支持存储过程,所以对于一些复杂和需要优化性能的sql查询它就更加方便。Mybatis几乎可以做到jdbc所有能做到的事情。


什么时候使用Hibernate,Mybatis

Hibernate作为留下的Java orm框架,它确实编程简易,需要我们提供映射的规则,完全可以通过IDE生成,同时无需编写sql确实开发效率优于Mybatis。此外Hibernate还提供了缓存,日志,级联等强大的功能,但是Hibernate的缺陷也是十分明显,多表关联复杂sql,数据系统权限限制,根据条件变化的sql,存储过程等场景使用Hibernate十分不方便,而性能又难以通过sql优化,所以注定了Hibernate只适用于在场景不太复杂,要求性能不太苛刻的时候使用。

    如果你需要一个灵活的,可以动态生成映射关系的框架,那么Mybatis确实是一个最好的选择。它几乎可以替代jdbc,拥有动态列,动态表名,存储过程支持,同时提供了简易的缓存,日志,级联。但是它的缺陷是需要你提供映射规则和sql,所以开发工作量比hibernate要大些。



14.redis的使用场景

https://www.cnblogs.com/NiceCui/p/7794659.html

15.Tomcat本身的参数你一般会这么调整

https://blog.csdn.net/ldx891113/article/details/51735171

16.如果有很多的数据插入MYSQL,你会选择什么引擎

MYISAM


19.如何自定义类加载器,你用过哪些场景需要自定义类加载器?

https://www.zhihu.com/question/46719811

https://www.jianshu.com/p/acc7595f1b9d

20.堆内存设置的参数是什么

-Xmx128m:设置JVM最大可用内存为128M。

      -Xms128m:设置JVM最小内存为128m。此值可以设置与-Xmx相同,以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

      -Xmn2g:设置年轻代大小为2G。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m,所以增大年轻代后,将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

      -Xss128k:设置每个线程的堆栈大小。 JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K。根据应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下,减小这个值能生成更 多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000左右。


24. 1.8后 Perm Space有哪些变动, MetaSpace默认是有限的么?还是你们通过什么方式指定


PermGen 空间的状况

这部分内存空间将全部移除。

JVM的参数:PermSize 和 MaxPermSize 会被忽略并给出警告(如果在启用时设置了这两个参数)。

Metaspace 内存分配模型

大部分类元数据都在本地内存中分配。

用于描述类元数据的“klasses”已经被移除。

Metaspace 容量

默认情况下,类元数据只受可用的本地内存限制(容量取决于是32位或是64位操作系统的可用虚拟内存大小)。

新参数(MaxMetaspaceSize)用于限制本地内存分配给类元数据的大小。如果没有指定这个参数,元空间会在运行时根据需要动态调整。

Metaspace 垃圾回收

对于僵死的类及类加载器的垃圾回收将在元数据使用达到“MaxMetaspaceSize”参数的设定值时进行。

适时地监控和调整元空间对于减小垃圾回收频率和减少延时是很有必要的。持续的元空间垃圾回收说明,可能存在类、类加载器导致的内存泄漏或是大小设置不合适。

Java 堆内存的影响

一些杂项数据已经移到Java堆空间中。升级到JDK8之后,会发现Java堆 空间有所增长。


元空间(Metaspace):

一种新的内存空间的诞生

JDK8 HotSpot JVM 使用本地内存来存储类元数据信息并称之为:元空间(Metaspace);这与Oracle JRockit 和IBM JVM’s很相似。这将是一个好消息:意味着不会再有java.lang.OutOfMemoryError: PermGen问题,也不再需要你进行调优及监控内存空间的使用……但请等等,这么说还为时过早。在默认情况下,这些改变是透明的,接下来我们的展示将使你知道仍然要关注类元数据内存的占用。请一定要牢记,这个新特性也不能神奇地消除类和类加载器导致的内存泄漏。你需求使用不同的方法以及遵守新的命名约定来追踪这些问题。我推荐大家阅读有关PermGen移除总结和Jon对此的评论



25.Jstack 是干什么的? Jstat呢? 如果线上程序周期性出现卡顿,你怀疑是否是GC导致的

? 你会这么来排查这个问题? 线程日志你会看其中的什么部分?

http://www.51testing.com/html/92/77492-203728.html

https://www.cnblogs.com/chengJAVA/p/5821218.html

jstack可以定位到线程堆栈,根据堆栈信息我们可以定位到具体代码,所以它在JVM性能调优中使用得非常多。下面我们来一个实例找出某个Java进程中最耗费CPU的Java线程并定位堆栈信息,用到的命令有ps、top、printf、jstack、grep。




26.StackOverFlow异常有没有遇到过,一般会在什么情况下触发,如何指定堆栈的大小,一般你们写多少

stackoverflow:

每当java程序启动一个新的线程时,java虚拟机会为他分配一个栈,java栈以帧为单位保持线程运行状态;当线程调用一个方法是,jvm压入一个新的栈帧到这个线程的栈中,只要这个方法还没返回,这个栈帧就存在。 

如果方法的嵌套调用层次太多(如递归调用),随着java栈中的帧的增多,最终导致这个线程的栈中的所有栈帧的大小的总和大于-Xss设置的值,而产生生StackOverflowError溢出异常。

outofmemory:

2.1、栈内存溢出

java程序启动一个新线程时,没有足够的空间为改线程分配java栈,一个线程java栈的大小由-Xss设置决定;JVM则抛出OutOfMemoryError异常。

2.2、堆内存溢出

java堆用于存放对象的实例,当需要为对象的实例分配内存时,而堆的占用已经达到了设置的最大值(通过-Xmx)设置最大值,则抛出OutOfMemoryError异常。

方法区内存溢出

方法区用于存放java类的相关信息,如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。在类加载器加载class文件到内存中的时候,JVM会提取其中的类信息,并将这些类信息放到方法区中。 

当需要存储这些类信息,而方法区的内存占用又已经达到最大值(通过-XX:MaxPermSize);将会抛出OutOfMemoryError异常对于这种情况的测试,基本的思路是运行时产生大量的类去填满方法区,直到溢出。这里需要借助CGLib直接操作字节码运行时,生成了大量的动态类。



27.简述synchronized? Object;Monitor机制

synchronized的三种应用方式

synchronized关键字最主要有以下3种应用方式,下面分别介绍

修饰实例方法,作用于当前实例加锁,进入同步代码前要获得当前实例的锁

修饰静态方法,作用于当前类对象加锁,进入同步代码前要获得当前类对象的锁

修饰代码块,指定加锁对象,对给定对象加锁,进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

Java 虚拟机中的同步(Synchronization)基于进入和退出管程(Monitor)对象实现, 无论是显式同步(有明确的 monitorenter 和 monitorexit 指令,即同步代码块)还是隐式同步都是如此。在 Java 语言中,同步用的最多的地方可能是被 synchronized 修饰的同步方法。


Java虚拟机对synchronized的优化

锁的状态总共有四种,无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争,锁可以从偏向锁升级到轻量级锁,再升级的重量级锁,但是锁的升级是单向的,也就是说只能从低到高升级,不会出现锁的降级,关于重量级锁,前面我们已详细分析过,下面我们将介绍偏向锁和轻量级锁以及JVM的其他优化手段,这里并不打算深入到每个锁的实现和转换过程更多地是阐述Java虚拟机所提供的每个锁的核心优化思想,毕竟涉及到具体过程比较繁琐,如需了解详细过程可以查阅《深入理解Java虚拟机原理》。

偏向锁

偏向锁是Java 6之后加入的新锁,它是一种针对加锁操作的优化手段,经过研究发现,在大多数情况下,锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,因此为了减少同一线程获取锁(会涉及到一些CAS操作,耗时)的代价而引入偏向锁。偏向锁的核心思想是,如果一个线程获得了锁,那么锁就进入偏向模式,此时Mark Word 的结构也变为偏向锁结构,当这个线程再次请求锁时,无需再做任何同步操作,即获取锁的过程,这样就省去了大量有关锁申请的操作,从而也就提供程序的性能。所以,对于没有锁竞争的场合,偏向锁有很好的优化效果,毕竟极有可能连续多次是同一个线程申请相同的锁。但是对于锁竞争比较激烈的场合,偏向锁就失效了,因为这样场合极有可能每次申请锁的线程都是不相同的,因此这种场合下不应该使用偏向锁,否则会得不偿失,需要注意的是,偏向锁失败后,并不会立即膨胀为重量级锁,而是先升级为轻量级锁。下面我们接着了解轻量级锁。

轻量级锁

倘若偏向锁失败,虚拟机并不会立即升级为重量级锁,它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(1.6之后加入的),此时Mark Word 的结构也变为轻量级锁的结构。轻量级锁能够提升程序性能的依据是“对绝大部分的锁,在整个同步周期内都不存在竞争”,注意这是经验数据。需要了解的是,轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的场合,如果存在同一时间访问同一锁的场合,就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。

自旋锁

轻量级锁失败后,虚拟机为了避免线程真实地在操作系统层面挂起,还会进行一项称为自旋锁的优化手段。这是基于在大多数情况下,线程持有锁的时间都不会太长,如果直接挂起操作系统层面的线程可能会得不偿失,毕竟操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态,这个状态之间的转换需要相对比较长的时间,时间成本相对较高,因此自旋锁会假设在不久将来,当前的线程可以获得锁,因此虚拟机会让当前想要获取锁的线程做几个空循环(这也是称为自旋的原因),一般不会太久,可能是50个循环或100循环,在经过若干次循环后,如果得到锁,就顺利进入临界区。如果还不能获得锁,那就会将线程在操作系统层面挂起,这就是自旋锁的优化方式,这种方式确实也是可以提升效率的。最后没办法也就只能升级为重量级锁了。



28.简述 happen-before规则

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUxNDA1NDI3OA==&mid=2247484068&idx=1&sn=ee27564362a1db89e114ae173d0d930d&chksm=f94a834dce3d0a5b52694e9e85983975b79c434b69575a10ca682b780aa8e7589ebb357b16b4&mpshare=1&scene=1&srcid=0330lEoyj8JDo7DCze8oSt2E#rd


29. JUC和 Object; Monitor机制区别是什么; 简述 AQS原理

synchronized和lock的用法区别

synchronized:在需要同步的对象中加入此控制,synchronized可以加在方法上,也可以加在特定代码块中,括号中表示需要锁的对象。

lock:需要显示指定起始位置和终止位置。一般使用ReentrantLock类做为锁,多个线程中必须要使用一个ReentrantLock类做为对象才能保证锁的生效。且在加锁和解锁处需要通过lock()和unlock()显示指出。所以一般会在finally块中写unlock()以防死锁。

ReentrantLock 拥有Synchronized相同的并发性和内存语义,此外还多了 锁投票,定时锁等候和中断锁等候

线程A和B都要获取对象O的锁定,假设A获取了对象O锁,B将等待A释放对O的锁定,

如果使用 synchronized ,如果A不释放,B将一直等下去,不能被中断

如果 使用ReentrantLock,如果A不释放,可以使B在等待了足够长的时间以后,中断等待,而干别的事情

ReentrantLock获取锁定与三种方式:

a) lock(), 如果获取了锁立即返回,如果别的线程持有锁,当前线程则一直处于休眠状态,直到获取锁。

b) tryLock(), 如果获取了锁立即返回true,如果别的线程正持有锁,立即返回false。

c)tryLock(long timeout,TimeUnit unit), 如果获取了锁定立即返回true,如果别的线程正持有锁,会等待参数给定的时间,在等待的过程中,如果获取了锁定,就返回true,如果等待超时,返回false。

d) lockInterruptibly:如果获取了锁定立即返回,如果没有获取锁定,当前线程处于休眠状态,直到获得锁定,或者当前线程被别的线程中断。


在非常复杂的同步应用中,请考虑使用ReentrantLock,特别是遇到下面2种需求的时候。

某个线程在等待一个锁的控制权的这段时间需要中断

需要分开处理一些wait-notify,ReentrantLock里面的Condition应用,能够控制notify哪个线程

具有公平锁功能,每个到来的线程都将排队等候

2、synchronized是在JVM层面上实现的,不但可以通过一些监控工具监控synchronized的锁定,而且在代码执行时出现异常,JVM会自动释放锁定,但是使用Lock则不行,lock是通过代码实现的,要保证锁定一定会被释放,就必须将unLock()放到finally{}中

3、在资源竞争不是很激烈的情况下,Synchronized的性能要优于ReetrantLock,但是在资源竞争很激烈的情况下,Synchronized的性能会下降几十倍,但是ReetrantLock的性能能维持常态;


AQS:

https://segmentfault.com/a/1190000008471362


30. 简述 DCL失效原因,解决方法

https://blog.csdn.net/zhaojw_420/article/details/70477921

DCL失效原因是:获得锁的线程正在执行构造函数的时候,其他的线程执行到第一次检查if (m_instance == null)的时候,会返回false,因为已经在执行构造函数了,就不是null,因此,会把没有构造完全的对象返回给线程使用。这是不安全的。


解决方案: 

1、最简单而且安全的解决方法是使用static内部类的思想,它利用的思想是:一个类直到被使用时才被初始化,而类初始化的过程是非并行的,这些都有JLS保证。 

如下述代码:



31.简述nio原理


33.gc算法有哪些; gc收集器有哪些

https://blog.csdn.net/canot/article/details/51038328

https://www.cnblogs.com/ityouknow/p/5614961.html

34.简述class加载各阶段过程

https://blog.csdn.net/tangdong3415/article/details/53768099

35, 简述JDK命令行工具

https://blog.csdn.net/ochangwen/article/details/52971913

36.简述字节码文件组成




37.讲讲你平常是如何针对具体的SQL做优化

https://www.jianshu.com/p/22b5add93264

38.mysql的存储有哪些,区别

innodb .  MYISAM


39.gc内存模型




40.如何实现一个定时调度和循环调度的工具类,当提交任务处理不过来的时候,拒绝机制应该如何处理,线程池默认有哪几种拒绝机制

https://blog.csdn.net/heyutao007/article/details/38797335

http://www.importnew.com/19011.html

41. 如何实现一个 ThreadLocal

当前线程Id 为 key 的Map

https://www.jianshu.com/p/ee8c9dccc953

https://www.jianshu.com/p/ee8c9dccc953

42. 说说你了解的线程安全队列


在Java多线程应用中,队列的使用率很高,多数生产消费模型的首选数据结构就是队列。Java提供的线程安全的Queue可以分为阻塞队列和非阻塞队列,其中阻塞队列的典型例子是BlockingQueue,非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue,在实际应用中要根据实际需要选用阻塞队列或者非阻塞队列。

注:什么叫线程安全?这个首先要明确。线程安全的类 ,指的是类内共享的全局变量的访问必须保证是不受多线程形式影响的。如果由于多线程的访问(比如修改、遍历、查看)而使这些变量结构被破坏或者针对这些变量操作的原子性被破坏,则这个类就不是线程安全的。

今天就聊聊这两种Queue,本文分为以下两个部分,用分割线分开: 

BlockingQueue  阻塞算法

ConcurrentLinkedQueue,非阻塞算法

Queue是什么就不需要多说了吧,一句话:队列是先进先出。相对的,栈是后进先出。如果不熟悉的话先找本基础的数据结构的书看看吧。 


从上表可以很明显看出每个方法的作用,这个不用多说。我想说的是: 

add(e) remove() element() 方法不会阻塞线程。当不满足约束条件时,会抛出IllegalStateException 异常。例如:当队列被元素填满后,再调用add(e),则会抛出异常。

offer(e) poll() peek() 方法即不会阻塞线程,也不会抛出异常。例如:当队列被元素填满后,再调用offer(e),则不会插入元素,函数返回false。

要想要实现阻塞功能,需要调用put(e) take() 方法。当不满足约束条件时,会阻塞线程。

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下面再来说说ConcurrentLinkedQueue,它是一个无锁的并发线程安全的队列。 

以下部分的内容参照了这个帖子http://yanxuxin.iteye.com/blog/586943

对比锁机制的实现,使用无锁机制的难点在于要充分考虑线程间的协调。简单的说就是多个线程对内部数据结构进行访问时,如果其中一个线程执行的中途因为一些原因出现故障,其他的线程能够检测并帮助完成剩下的操作。这就需要把对数据结构的操作过程精细的划分成多个状态或阶段,考虑每个阶段或状态多线程访问会出现的情况。

ConcurrentLinkedQueue有两个volatile的线程共享变量:head,tail。要保证这个队列的线程安全就是保证对这两个Node的引用的访问(更新,查看)的原子性和可见性,由于volatile本身能够保证可见性,所以就是对其修改的原子性要被保证。




43. Atomic包的实现原理

Compare and swap(CAS)  通过CAS实现的,可能 涉及ABA问题

https://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/43057799

44.CAS是这么保证原子性的

在JDK 5之前Java语言是靠synchronized关键字保证同步的,这会导致有锁(后面的章节还会谈到锁)。

      锁机制存在以下问题:

      (1)在多线程竞争下,加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时,引起性能问题。

      (2)一个线程持有锁会导致其它所有需要此锁的线程挂起。

      (3)如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁会导致优先级倒置,引起性能风险。

      volatile是不错的机制,但是volatile不能保证原子性。因此对于同步最终还是要回到锁机制上来。

      独占锁是一种悲观锁,synchronized就是一种独占锁,会导致其它所有需要锁的线程挂起,等待持有锁的线程释放锁。而另一个更加有效的锁就是乐观锁。所谓乐观锁就是,每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作,如果因为冲突失败就重试,直到成功为止。

      CAS 操作

      上面的乐观锁用到的机制就是CAS,Compare and Swap。

      CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。

非阻塞算法 (nonblocking algorithms)

一个线程的失败或者挂起不应该影响其他线程的失败或挂起的算法。

      现代的CPU提供了特殊的指令,可以自动更新共享数据,而且能够检测到其他线程的干扰,而 compareAndSet() 就用这些代替了锁定。

      拿出AtomicInteger来研究在没有锁的情况下是如何做到数据正确性的。

private volatile int value;

    首先毫无疑问,在没有锁的机制下需要借助volatile原语,保证线程间的数据是可见的(共享的),这样获取变量值的时候才能直接读取。

public final int get() {

return value;

}

      然后来看看++i是怎么做到的。

public final int incrementAndGet() {

for (;;) {

int current = get();

int next = current + 1;

if (compareAndSet(current, next))

return next;

}

}

      在这里采用了CAS操作,每次从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作,如果成功就返回结果,否则重试直到成功为止。

      而compareAndSet利用JNI来完成CPU指令的操作。

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {

return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

}

      整体的过程就是这样子的,利用CPU的CAS指令,同时借助JNI来完成Java的非阻塞算法。其它原子操作都是利用类似的特性完成的。

      而整个J.U.C都是建立在CAS之上的,因此对于synchronized阻塞算法,J.U.C在性能上有了很大的提升。参考资料的文章中介绍了如果利用CAS构建非阻塞计数器、队列等数据结构。

      CAS看起来很爽,但是会导致“ABA问题”。

      CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据,而在下时刻比较并替换,但是在这个时间差内任何变化都可能发生。

      比如说一个线程one从内存位置V中取出A,这时候另一个线程two也从内存中取出A,并且two进行了一些操作变成了B,然后two又将V位置的数据变成A,这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A,然后one操作成功。尽管线程one的CAS操作成功,但是不代表这个过程就是没有问题的。如果链表的头在变化了两次后恢复了原值,但是不代表链表就没有变化。要解决"ABA问题",我们需要增加一个版本号,在更新变量值的时候不应该只更新一个变量值,而应该更新两个值,分别是变量值和版本号,AtomicStampedReference支持在两个变量上进行原子的条件更新,可以使用该类进行更新操作。



45.string分析 1000次循环 substring用了多少内存


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